文献解析|CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬调节高血糖刺激的LDL跨内皮穿胞转运

引言

糖尿病作为心脑血管疾病的高危因素之一，一直以来都备受医学界的关注。动脉粥样硬化作为糖尿病的主要并发症之一，其发病机制复杂，涉及多种因素。近年来，越来越多的研究表明，自噬（autophagy）在动脉粥样硬化的发生发展中起着重要作用。本文旨在解析一篇题为《CAV1-CAVIN1-LC3B-mediated autophagy regulates high glucose-stimulated LDL transcytosis》的研究文章，探讨高血糖如何通过抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路，促进低密度脂蛋白（LDL）跨内皮穿胞转运，进而加速动脉粥样硬化的发生发展。

文献概述

该文章由金肆教授团队与杨晓燕副教授团队合作完成，并于2019年8月26日在线发表于国际著名期刊《Autophagy》。该研究首次阐释了高血糖抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路，促进LDL跨内皮穿胞转运的分子机制，为糖尿病动脉粥样硬化的防治提供了新的治疗靶点。文章的主要结论包括：高血糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径，减少CAV1的自噬性降解，从而增加小凹（caveolae）的数量，促进LDL跨内皮转运，进而加速动脉粥样硬化的发生发展。

研究背景

动脉粥样硬化是一种慢性血管炎症性疾病，其发病机制涉及多种细胞和分子的相互作用。LDL在动脉粥样硬化中扮演着重要角色。正常情况下，LDL通过受体介导的内吞作用进入细胞，并在溶酶体内降解。然而，在高血糖等危险因素的作用下，LDL的代谢途径发生改变，导致其异常沉积在血管内膜下，进而触发动脉粥样硬化的发生。

自噬是一种细胞内的降解过程，通过双层膜包裹细胞内的蛋白质或细胞器等成分形成自噬小体，然后自噬小体和溶酶体融合降解自噬小体。自噬在维持细胞内稳态、清除受损细胞器和病原体等方面发挥着重要作用。近年来，越来越多的研究表明，自噬在动脉粥样硬化的发生发展中也起着重要作用。然而，高血糖如何影响自噬过程，进而促进LDL跨内皮穿胞转运的具体机制尚不完全清楚。

研究目的

本研究旨在探讨高血糖如何通过抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路，促进LDL跨内皮穿胞转运，进而加速动脉粥样硬化的发生发展。同时，通过临床样本验证高糖抑制自噬促进脂蛋白沉积的现象，为糖尿病动脉粥样硬化的防治提供新的治疗靶点。

研究方法

1. 体外实验：利用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）建立LDL穿胞模型，观察高糖对自噬过程的影响及LDL穿胞的变化。
2. 分子机制探讨：通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径，观察CAV1自噬性降解的变化，以及小凹数量和LDL穿胞的关系。
3. 临床样本验证：收集妊娠糖尿病（GDM）孕妇和非GDM孕妇的脐带血管样本，比较内膜下脂质沉积和小凹组成蛋白（CAV1、CAVIN1）及自噬标志性蛋白LC3B的表达。

研究结果

1. 高糖促进LDL跨内皮穿胞转运：高糖处理HUVECs后，LDL跨内皮穿胞转运显著增加。这一作用依赖于高糖增加了CAV1-CAVIN1-LC3B的相互作用，促进了小凹介导的LDL穿胞。
2. 高糖抑制自噬：高糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径，减少CAV1的自噬性降解，导致CAV1在胞浆中积累，并用于形成更多的小凹。
3. 小凹数量增加促进LDL穿胞：高糖增加小凹数量，进而促进LDL跨内皮转运。这一作用依赖于小凹组成蛋白CAV1和CAVIN1的表达增加。
4. 临床样本验证：相比非GDM孕妇，GDM孕妇脐血管内膜下的脂质沉积明显增加，小凹组成蛋白CAV1和CAVIN1表达显著增加，同时伴随着自噬标志性蛋白LC3B表达减少，进一步在体证实了高糖抑制自噬促进脂蛋白沉积的现象。

研究结果解析

1. 高糖对自噬的影响：本研究发现，高糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径，减少CAV1的自噬性降解。AMPK是一种能量感受器，能够感知细胞内能量状态并调节代谢过程。MTOR是自噬过程中的关键调节因子，能够抑制自噬的启动。PIK3C3是自噬小体形成过程中的关键酶。高糖抑制AMPK的激活，导致MTOR活性增加，进而抑制PIK3C3的活性，减少CAV1的自噬性降解。
2. CAV1与自噬的关系：CAV1是自噬过程中的重要靶点之一。在自噬过程中，CAV1可以被LC3B募集进入自噬小体，并发生自噬性降解。本研究发现，高糖抑制CAV1的自噬性降解，导致CAV1在胞浆中积累，并用于形成更多的小凹。小凹是细胞膜上的微小凹陷，能够介导LDL的跨内皮穿胞转运。因此，高糖通过增加小凹数量，促进LDL跨内皮转运。
3. LDL跨内皮穿胞转运与动脉粥样硬化的关系：LDL是动脉粥样硬化的主要危险因素之一。LDL通过受体介导的内吞作用进入细胞后，在溶酶体内降解。然而，在高血糖等危险因素的作用下，LDL的代谢途径发生改变，导致其异常沉积在血管内膜下，进而触发动脉粥样硬化的发生。本研究发现，高糖促进LDL跨内皮穿胞转运，导致其在血管内膜下异常沉积，进而加速动脉粥样硬化的发生发展。
4. 临床样本验证：本研究通过收集GDM孕妇和非GDM孕妇的脐带血管样本，进一步验证了高糖抑制自噬促进脂蛋白沉积的现象。相比非GDM孕妇，GDM孕妇脐血管内膜下的脂质沉积明显增加，小凹组成蛋白CAV1和CAVIN1表达显著增加，同时伴随着自噬标志性蛋白LC3B表达减少。这一结果进一步证实了高糖抑制自噬促进脂蛋白沉积的分子机制。

研究意义

本研究首次阐释了高血糖抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路，促进LDL跨内皮穿胞转运的分子机制，为糖尿病动脉粥样硬化的防治提供了新的治疗靶点。具体而言，本研究的意义包括：

1. 揭示新机制：本研究揭示了高血糖抑制自噬促进LDL跨内皮穿胞转运的新机制，为动脉粥样硬化的发生发展提供了新的解释。
2. 提供新靶点：本研究发现高糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径减少CAV1的自噬性降解，从而增加小凹数量促进LDL穿胞。因此，AMPK、MTOR和PIK3C3等信号分子可能成为治疗糖尿病动脉粥样硬化的新靶点。
3. 指导临床干预：本研究通过临床样本验证，发现GDM孕妇脐血管内膜下的脂质沉积明显增加，小凹组成蛋白表达增加，自噬标志性蛋白表达减少。这一结果提示，对于糖尿病患者，应尽早控制血糖水平，减少LDL的跨内皮穿胞转运，从而预防动脉粥样硬化的发生。

研究展望

尽管本研究已经揭示了高血糖抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路促进LDL跨内皮穿胞转运的分子机制，但仍有许多问题有待进一步探讨：

1. 信号通路深入研究：本研究发现高糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径减少CAV1的自噬性降解，但这一信号通路的具体调节机制尚不清楚。未来研究可以进一步探讨AMPK、MTOR和PIK3C3等信号分子的相互作用及调节机制。
2. 小凹介导的LDL穿胞机制：本研究发现高糖增加小凹数量促进LDL跨内皮转运，但小凹介导的LDL穿胞的具体机制尚不完全清楚。未来研究可以进一步探讨小凹的结构和功能，以及其与LDL穿胞的关系。
3. 临床干预研究：本研究通过临床样本验证高糖抑制自噬促进脂蛋白沉积的现象，但尚未开展临床干预研究。未来研究可以探索针对AMPK、MTOR和PIK3C3等信号分子的药物干预，评估其在糖尿病动脉粥样硬化防治中的疗效和安全性。

结论

本研究首次揭示了高血糖抑制CAV1-CAVIN1-LC3B介导的自噬通路促进LDL跨内皮穿胞转运的分子机制。高糖通过抑制AMPK-MTOR-PIK3C3信号途径减少CAV1的自噬性降解，导致CAV1在胞浆中积累并用于形成更多的小凹，进而促进LDL跨内皮转运和动脉粥样硬化的发生发展。本研究为糖尿病动脉粥样硬化的防治提供了新的治疗靶点，具有重要的理论意义和临床价值。未来研究将进一步探讨相关信号通路的调节机制、小凹介导的LDL穿胞机制以及临床干预效果，为糖尿病动脉粥样硬化的防治提供更全面的科学依据。